[發(fā)明專利]一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010945806.3
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112115599B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于斌;劉梓昌;蘇銘;姚強(qiáng)嶺;賈淵;夏澤;白一寧;馬軍強(qiáng);左超紅;李耀暉;張冠宇;孫浩
• 申請（專利權(quán)）人: 大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司;中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

本發(fā)明公開了一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法，首先根據(jù)鉆孔周圍巖體塑性區(qū)的邊界推導(dǎo)得到單個(gè)鉆孔周圍塑性區(qū)發(fā)育半徑的理論計(jì)算公式；在塑性區(qū)發(fā)育計(jì)算公式中考慮到實(shí)際工程對塑性區(qū)發(fā)育的影響，得到鉆孔周圍巖體原位巖石力學(xué)性能；同時(shí)對鉆孔周圍的圍巖破碎程度進(jìn)行分級以確定放大系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算得到密集鉆孔塑性區(qū)發(fā)育半徑；最后可以確定密集鉆孔弱化頂板孔間距。合理的密集鉆孔孔間距可以使得鉆孔的卸壓區(qū)相互疊加、互相連通，從而形成人工巖體結(jié)構(gòu)弱化帶。本發(fā)明在保證了弱化頂板效果的同時(shí)，可有效的控制密集鉆孔的孔間距大小，極大的減輕了施工作業(yè)工作量，進(jìn)一步提高了礦井安全系數(shù)及生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦山頂板巖層控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法。

背景技術(shù)

弱化頂板通過改變頂板巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，減小頂板懸露面積，防止或減弱大面積頂板來壓，以達(dá)到工作面安全、高效生產(chǎn)，是礦山綜采的重要手段。

目前弱化頂板的常用方法主要有聚能爆破和水力壓裂。但聚能爆破難以保證爆破孔孔間切縫率和爆破裂縫方向，存在爆破可控性低、對巷道圍巖擾動影響嚴(yán)重等問題，且不適用于高瓦斯礦井。水力壓裂雖然對巷道圍巖擾動較小，適用性強(qiáng)，但是裂縫角度、裂縫高度、裂縫貫穿率有限，現(xiàn)場操作復(fù)雜，學(xué)習(xí)成本較高。針對以上問題有學(xué)者提出密集鉆孔弱化頂板切頂卸壓技術(shù)能夠有效彌補(bǔ)上述方法的部分缺陷，能夠有效解決煤礦深部開采沿空留巷過程中小煤柱開采時(shí)沖擊地壓過大的問題；也能夠針對采空區(qū)堅(jiān)硬頂板無法及時(shí)垮落、頂板內(nèi)彈性勢能大量積聚的情況，及時(shí)切頂卸壓。但目前該方法對密集鉆孔施工時(shí)孔間距的具體參數(shù)并未有科學(xué)計(jì)算方法。鉆孔間距作為該技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，若選取的孔間距太大，則不能滿足頂板弱化的要求，無法達(dá)到卸壓的效果；若選取的孔間距太小，雖然可以達(dá)到頂板弱化卸壓效果，但勞動成本會大大增加。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種密集鉆孔弱化頂板孔間距計(jì)算方法，可針對不同圍巖條件進(jìn)行鉆孔施工間距計(jì)算，滿足實(shí)際工程需要。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種密集鉆孔弱化頂板孔距計(jì)算方法，包括如下步驟：

S1，根據(jù)鉆孔圍巖受力情況，設(shè)定整個(gè)鉆孔徑向的受力作用一致，參考圖6，以鉆孔中心為圓心，建立二維極坐標(biāo)系；

S2，根據(jù)彈性力學(xué)，極坐標(biāo)下鉆孔周圍巖體的應(yīng)力分量的公式為：

式中，ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)的極坐標(biāo)值；a為鉆孔半徑，mm；P為鉆孔所在位置的水平地應(yīng)力，MPa；σ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向應(yīng)力，MPa；σ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力，MPa；τ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向剪應(yīng)力，MPa；τ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向剪應(yīng)力，MPa；

S3，根據(jù)平衡條件和莫爾強(qiáng)度條件，基于步驟S2所述參數(shù)σ_ρ、σ_θ和τ_ρ，得到鉆孔周圍巖體中任意一點(diǎn)所在平面狀態(tài)的極值應(yīng)力公式為：

式中，σ₁為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最大主應(yīng)力，MPa；σ₂為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處平面內(nèi)的最小主應(yīng)力，MPa；σ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向應(yīng)力，MPa；σ_θ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的環(huán)向應(yīng)力，MPa；τ_ρ為鉆孔周圍巖體任意一點(diǎn)處的徑向剪應(yīng)力，MPa；

進(jìn)一步地，列出鉆孔周圍巖體在該平面上所受剪應(yīng)力值τ_n和鉆孔周圍巖體在該平面上所受正應(yīng)力σ_n的常用求解公式為：